Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


АЛЮМИНИЙ

АЛЮМИНИЙ (от лат. alumen, род. падеж aluminis - квасцы; лат. Aluminium) A1, хим. элемент III гр. периодич. системы, ат. н. 13, ат. м. 26,98154. В природе один стабильный изотоп 27А1. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 215*10-25 м2. Конфигурация внеш. электронной оболочки 3s23p; степень окисления + 3, менее характерны + 1 и + 2 (только выше 800 °С в газовой фазе); энергия ионизации Аl0 -> А1+ -> А12 + -> А13+ соотв. 5,984, 18,828, 28,44 эВ; сродство к электрону 0,5 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,5; атомный радиус 0,143 нм, ионный радиус А13+ (в скобках указаны координац. числа) 0,053 нм (4), 0,062 нм (5), 0,067 нм (6).

Содержание алюминия в земной коре 8,8% по массе. По распространенности в природе занимает четвертое место среди всех элементов (после О, Н и Si) и первое среди металлов; в своб. виде не встречается. Важнейшие минералы: боксит, представляющий собой смесь гидроксидов алюминия - диаспора и бемита А1ООН и гиббсита (гидраргиллита) А1(ОH)3 (крупнейшие месторождения в Австралии, Бразилии, Гвинее и на Ямайке; пром. месторождения имеются также в СФРЮ, Греции, ВНР, Франции и СССР); алунит, или квасцовый камень (Na, К)2 * SO4*A12(SO4)3*4A1(OH3) (осн. месторождения в СССР, ЧССР, Италии); нефелин (Na,K)2O*Al2O3*2SiO2 (осн. месторождения в СССР, Гренландии, Норвегии, Швеции, Кении).

Свойства. алюминий - серебристо-белый легкий металл; кристаллич. решетка кубич. гранецентрированная (а = 0,40403 нм, z = 4, пространств. группа Fт3т). Т. пл. 660 °С, т. кип. ок. 2452°С; плотн. алюминия 99,996%-ной чистоты 2,6989 (20°С) и 2,289 (1000°С) г/см3; Сp° 24,35 Дж/(моль*К);1021-19.jpgН0пл10,9 кДж/моль,1021-20.jpgН0исп 302,13 кДж/моль; S0298 28 Дж/(моль*К); давление пара (Па) 0,266 (660°С), 13,3 (1123°С), 133 (1279°С); температурный коэф. линейного расширения 24,58*10 -6 К-1 (20-200°С); теплопроводность 1,24*10-3 Вт/(м*К);1021-21.jpg 0,0265 мкОм*м; для алюминия 99,85%-ной чистоты1021-22.jpg (Н*с/м2) 2*10-3 (800°С), 1,5*10-3 (900°С), 1,3*10-3 (1000°С);1021-23.jpg(на границе с Аг) 0,86 Н/м (700-750 °С). Алюминий слабо парамагнитен. Стандартный электродный потенциал А13+/А1° -1,663В в кислой среде и -2,35 В в щелочной. Модуль упругости 7*103МПа; для отожженного металла твердость по Бринеллю 170 МПа, для холоднокатаного 270 МПа,1021-24.jpg соотв. 50 и 115 МПа, относит. удлинение 49 и 5,5%. При охлаждении ниже 120 К прочностные св-ва алюминия в отличие от большинства металлов возрастают, а пластические не изменяются.

На воздухе алюминий покрывается тонкой прочной беспористой пленкой А12О3, защищающей металл от дальнейшего окисления и обусловливающей его высокую коррозионную стойкость. По этой же причине алюминий не реагирует с конц. HNO3. Техн. алюминий легко взаимод. с разбавленными соляной к-той H2SO4 и HNO3, образуя соли. Алюминий легко реагирует со щелочами, давая алюминаты.

При 25 °С алюминий образует с хлором, бромом и иодом соотв. алюминия хлорид А1С13, бромид А1Вr3 и иодид АlI3, при 600°С с фтором-алюминия фторид A1F3. Бромид -бесцв. расплывающиеся на воздухе кристаллы; т. пл. 97 °С, т. кип. 255°С;1021-25.jpgобр-514 кДж/моль; раств. в воде, спирте, CS2, ацетоне. Иодид-светло-коричневые расплывающиеся на воздухе кристаллы; т. пл. 180°С, т. кип. 360°С;1021-26.jpgобр-309 кДж/моль; раств. в воде, спирте, эфире, CS2.

Порошкообразный алюминий выше 800°С образует с азотом алюминия нитрид A1N. При взаимод. атомарного Н с парами алюминия при -196 °С получается гидрид (А1Н)Х (х = 1, 2), стабильный до — 76°С; (А1Н3)Х, синтезированный взаимод. А1С13 с Li[А1Н4],-бесцв. аморфный порошок, разлагается на элементы выше 100°С, водой гидролизуется. Алюминий реагирует с S выше 200°С, давая сульфид A12S3-бесцв. кристаллы; т. пл. 1120°С, т. возг. 1550°С (в токе N2);

1021-27.jpgобр -723 кДж/моль; разлагается водой, к-тами. С фосфором при 500°С алюминий образует фосфид А1Р-желтовато-серые кристаллы, устойчивые до 1000°С;1021-28.jpgобр — 121 кДж/моль; разлагается к-тами и щелочами. При взаимод. расплавленного алюминия с В образуются бориды А1В2 и А1В12-желто-серые или коричневые кристаллы; т. пл. 2200 °С; не разлагаются водой и к-тами.

Выше 800°С могут образовываться соед. А1(I), напр.: А12Х3 + 4А11021-29.jpg ЗА12Х (X = О, S, Se).

С рядом металлов и неметаллов алюминий образует сплавы (см. Алюминия сплавы), в к-рых содержатся интерметаллич. соед. - алюминиды, обычно весьма тугоплавкие (как правило, т. пл. выше 1000°С) и обладающие высокой твердостью (напр., твердость по Бринеллю для СuА12 и СгА17 ок. 5000 МПа, для TiAl3 ок. 7000 МПа, для РеА13 ок. 10000 МПа) и жаропрочностью. Алюминиды выполняют роль модификаторов сплавов и придают изделиям высокие мех. св-ва.

Получение и переработка. Алюминий получают электролизом р-ра глинозема (техн. А12О3) в расплавленном криолите Na3[AlF6] (см. Алюминия фторид)при 960-970°С. Состав электролита: 75-90% по массе Na3 [A1F6], 5-12% A1F3, 2-10% CaF2, 1-10% A12O3; молярное отношение NaF: A1F3 = 2,20-2,85. Пром. комплекс по получению алюминия включает произ-во глинозема из алюминиевых руд (см. об этом Алюминия оксид), криолита и др. фторидов, углеродистых анодных и футеровочных материалов и собственно электролитич. получение алюминия.

Электролиз глинозема ведут в аппаратах, катодом в к-рых служит подина ванны, анодом - предварительно обожженные угольные блоки или самообжигающиеся электроды, погруженные в расплавленный электролит. В расплаве протекают след. р-ции:
1021-30.jpg

Жидкий алюминий накапливается на подине ванны, на аноде выделяется О2, образующий с его материалом СО и СО2. Плотность тока на аноде 0,7-0,9 А/см2, на катоде 0,4-0,5 А/см2; для разл. типов электролизеров сила тока составляет 100-250 кА, рабочее напряжение 4.2-4,5 В (поддерживается автоматически); на получение 1 т чернового алюминия расходуется 14-16 тыс. кВт*ч электроэнергии, 1,92-1,95 т А12О3, 0,5-0,6 т анодного материала; суточная производительность ванны средней мощности от 550 до 1200 кг. Алюминий отбирают из электролизера один раз в 1-2 сут.

Алюминий высокой чистоты (не более 0,05% примесей) получают электролитич. рафинированием чернового алюминия, содержащего до 1% примесей; в кач-ве электролита чаще всего используют расплав Na3[A1F6], ВаС12 (до 60%) и NaCl (до 4%). Для получения алюминия особой чистоты (не более 0,001% примесей) применяют зонную плавку или хим. транспортную р-цию: 2А1 (жидкость) + А1F3(газ)1021-31.jpg3А1F(газ).

Алюминий разливают в чушки или плоские слитки, к-рые затем перерабатывают в листы, фольгу, профили, проволоку. Он хорошо сваривается, поддается ковке, штамповке, прокатке, волочению и прессованию, а также обрабатывается методами порошковой металлургии. Алюминий в виде порошка производят распылением струи жидкого чистого алюминия упругой струей смеси N2 и О2 (2-8%). Частицы порошка при этом покрываются пленкой А12О3, содержание к-рого колеблется от 6 до 17%. При содержании О2 в газовой струе менее 2% порошок самопроизвольно возгорается на воздухе, при содержании О2 более 8%-горит при распылении. Сухим и мокрым размолом порошка в шаровых мельницах получают алюминий соотв. в виде пудры и пасты.

Порошок алюминия со средним размером частиц до 20 мкм пирофорен; т. самовоспл. 490°С, т. воспл. 420°С; ниж. КПВ 0,025-0,045 кг/м3. Аэрозоль алюминия в воздухе воспламеняется при 645°С.

Определение. Алюминий обнаруживают по образованию окрашенных соед. с ализарином, алюминоном, морином или с помощью эмиссионного спектрального анализа. Гравиметрич. методы определения основаны на выделении алюминия в виде гидроксида, бензоата, гидроксихинолината и послед. прокаливании их при 1200°С до А12О3, к-рый взвешивают. При титриметрич. определении алюминий при рН 4,5 связывают в комплекс динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной к-ты, избыток к-рой оттитровывают р-ром соли Zn. Для количеств. определения алюминия используют также фотометрич. (с помощью 8-гидроксихинолина, алюминона, эриохромцианина, хромазурола S) и атомно-абсорбционный (с использованием резонансного излучения с длиной волны 309,3 нм) методы анализа.

Применение. Алюминий используют гл. обр. для получения алюминиевых сплавов. Чистый алюминий-конструкц. материал в стр-ве жилых и обществ. зданий, с.-х. объектов, в судостроении, для оборудования силовых подстанций и др. Применяют алюминий также для изготовления кабельных, токопроводящих и др. изделий в электротехнике, корпусов и охладителей диодов, спец. хим. аппаратуры, товаров народного потребления и др. Покрытия из алюминия наносят на стальные изделия для повышения их коррозионной стойкости. Способы нанесения: распыление (для защиты стальных конструкций, эксплуатирующихся в приморских зонах, на хим. предприятиях и др.); погружение в расплав (для получения алюминированных стальных лент); плакирование прокаткой (биметаллич. ленты); вакуумное напыление (для алюминирования лент из стали, тканей, бумаги и пластмасс, инструментальных зеркал и др.); электрохим. способ (для получения материалов и изделий с защитно-декоративными св-вами).

Алюминий - в виде порошка и гранул - раскислитель чугуна и стали, восстановитель оксидов при получении металлов (напр., Сr, Мn, Са) и сплавов (напр., ферромолибдена, феррониобия, ферровольфрама) методом алюминотермии, компонент твердых ракетных топлив, пиротехн. составов, ВВ. Алюминиевая пудра и паста - пигменты лакокрасочных материалов; пудра используется также как газообразователь в произ-ве ячеистых бетонов.

По объему произ-ва алюминий занимает среди металлов второе место после стали (в развитых капиталистич. странах - 12 млн т в 1980). В стр-ве и транспортном машиностроении расходуется приблизительно по 24% чистого алюминия и его сплавов, в произ-ве упаковочных материалов и консервных банок - ок. 17%, в электротехнике - ок. 10%, в произ-ве потребительских товаров-ок. 8%.

Металлич. алюминий впервые получен в 1825 X. К. Эрстедом.


===
Исп. литература для статьи «АЛЮМИНИЙ»: Беляев А. И., Металлургия легких металлов, 6 изд., М., 1970; Aluminium-Taschenbuch, 13 Aufl., Diisseldorf, 1974. А.Ф.Белов.

Страница «АЛЮМИНИЙ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн